KR101851231B1 - 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템 - Google Patents

고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템 Download PDF

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정영빈
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Abstract

본 발명은, 폐열원으로부터 열에너지를 흡수할 수 있도록 폐열원이 유입되는 폐열원공급라인이 삽입되고, 냉매가 공급되는 저온냉매공급관이 연결되는 저온증발기; 상기 저온증발기에서 폐열을 흡수하여 배출되는 냉매가 공급되고, 냉매가 팽창되면서 고온의 증기를 발생시키는 고온증발기; 상기 고온증발기와 제1엘리미네이터로 연결되고, 상기 고온증발기에서 발생되는 고온의 증기가 공급되며, 플래시탱크로부터 연결되는 온수주입관, 온수배출관 및 고온흡수코일이 설치되어 생산공정에 사용되는 온수를 제공하는 고온흡수기; 상기 고온증발기에 공급되는 냉매가 순환되도록 상기 고온증발기로부터 연장되는 고온냉매순환관이 삽입되어 순환코일을 이루며, 상기 저온증발기와 제2엘리미네이터로 연결되는 저온흡수기; 상기 저온증발기를 통과하여 연장되는 상기 폐열원공급라인이 삽입되어 재생코일을 이루고, 상기 저온흡수기에서 배출되는 흡수액이 산포되도록 희용액산포노즐부가 설치되는 재생기; 및 상기 재생기와 제3엘리미네이터로 연결되고, 냉각수유입관, 냉각수배출관 및 냉각수코일이 설치되는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템{ABSORPTION TYPE HEAT PUMP SYSTEM FOR GAINING HIGH TEMPERATURE}
본 발명은 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉매 및 흡수액으로 이루어지는 작동유체를 가압하면서 공급하여 폐열원으로부터 회수되는 열에너지를 폐열원과 비교하여 큰 온도차로 승온시켜 공급할 수 있는 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 흡수식 히트펌프는 하수구로 버려지는 폐수의 열, 지하수의 열, 발전소 등의 산업시설에서 배출되는 냉각수의 열 등의 열원으로 이용하여, 난방, 급탕, 산업설비 등에 이용되는 온수의 온도를 높일 수 있다.
흡수식 히트펌프는 냉매로 물이 사용될 수 있고, 흡수액으로는 소금과 유사한 특성을 갖는 리튬브로마이드용액이 사용될 수 있다.
흡수식 히트펌프는 열원 매체의 폐열을 흡수한 후 이러한 열원 매체를 하수구에 버릴 수 있어 친환경적이고, 또한 냉매와 흡수액도 반영구적으로 사용될 수 있고, 유지비용이 저렴한 이점이 있다.
흡수식 히트펌프는 흡수기로부터 공급된 희용액을 가열해서 냉매 증기를 분리하는 재생기와, 재생기로부터 이송되는 냉매 증기를 응축시켜 액화시키는 응축기와, 응축기로부터 이송되는 냉매액을 냉수관에 살포하여 증발시키는 증발기와, 증발기로부터 이송되는 냉매 증기를, 재생기로부터 이송된 농용액에 흡수시키는 흡수기를 포함한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0103740호(2009년 10월 01일 공고, 발명의 명칭 : 흡수식 열펌프)에 개시되어 있다.
종래 기술에 따른 흡수식 히트펌프는 증발기와, 흡수기와, 재생기와, 응축기로 구성되는 단일 사이클만을 이용하므로, 응축기에서 출수되는 온수의 온도를 높이는데 한계가 따르는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 냉매 및 흡수액으로 이루어지는 작동유체를 가압하면서 공급하여 폐열원으로부터 회수되는 열에너지를 폐열원과 비교하여 큰 온도차로 승온시켜 공급할 수 있는 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 폐열원으로부터 열에너지를 흡수할 수 있도록 폐열원이 유입되는 폐열원공급라인이 삽입되고, 냉매가 공급되는 저온냉매공급관이 연결되는 저온증발기; 상기 저온증발기에서 폐열을 흡수하여 배출되는 냉매가 공급되고, 냉매가 팽창되면서 고온의 증기를 발생시키는 고온증발기; 상기 고온증발기와 제1엘리미네이터로 연결되고, 상기 고온증발기에서 발생되는 고온의 증기가 공급되며, 플래시탱크로부터 연결되는 온수주입관, 온수배출관 및 고온흡수코일이 설치되어 생산공정에 사용되는 온수를 제공하는 고온흡수기; 상기 고온증발기에 공급되는 냉매가 순환되도록 상기 고온증발기로부터 연장되는 고온냉매순환관이 삽입되어 순환코일을 이루며, 상기 저온증발기와 제2엘리미네이터로 연결되는 저온흡수기; 상기 저온증발기를 통과하여 연장되는 상기 폐열원공급라인이 삽입되어 재생코일을 이루고, 상기 저온흡수기에서 배출되는 흡수액이 산포되도록 희용액산포노즐부가 설치되는 재생기; 및 상기 재생기와 제3엘리미네이터로 연결되고, 냉각수유입관, 냉각수배출관 및 냉각수코일이 설치되는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 고온증발기에서 배출되는 냉매를 상기 저온흡수기에 공급하여 순환시키는 상기 고온냉매순환관에는 상기 저온증발기에서 배출되는 냉매를 공급하도록 고온냉매공급관이 연결되고, 상기 고온냉매순환관에는 고온냉매순환펌프가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 고온흡수기에서 배출되는 흡수액을 상기 순환코일에 분사하도록 상기 저온흡수기에 중간용액산포노즐부가 설치되고, 상기 고온흡수기와 상기 중간용액산포노즐부 사이에는 고온용액열교환기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 저온흡수기에서 배출되는 흡수액을 상기 재생코일에 분사하도록 상기 재생기에 상기 희용액산포노즐부가 설치되고, 상기 희용액산포노즐부와 상기 저온흡수기 사이에 저온용액열교환기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 재생기로부터 배출되는 흡수액을 상기 고온흡수코일에 분사하도록 상기 재생기에는 농용액배출관이 설치되고, 상기 농용액배출관에는 용액펌프가 설치되며, 상기 농용액배출관은 상기 저온용액열교환기 및 상기 고온용액열교환기를 통과하여 상기 고온흡수기에 삽입되어 농용액산포노즐부와 연결되고, 상기 저온용액열교환기 내부에서 굴곡되어 희용액코일을 이루며, 상기 고온용액열교환기 내부에서 굴곡되어 중간용액코일을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 냉각수코일과 접촉되어 응축되는 냉매가 상기 저온증발기에 공급될 수 있도록 상기 저온냉매공급관에는 냉매펌프가 설치되고, 상기 저온증발기를 통과하며 저온증발코일과 접촉되어 폐열을 흡수한 냉매가 상기 고온증발기에 공급되도록 상기 고온냉매공급관에는 저온냉매순환펌프가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템은, 폐열원이 공급되는 저온증발기에서 발생되는 증기에 의해 저온흡수기에서 냉매가 1차 가열되고, 가열된 냉매가 고온증발기에 공급되면서 고압에 의해 2차 가열되어 증발되고, 2차 가열된 증기가 고온흡수기에 공급되므로 고온흡수기에 공급되는 온수를 폐열원과 비교하여 현저하게 높은 큰 온도 차로 승온시켜 공급할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템은, 고온흡수기에서 배출되는 중간용액의 흡수액을 농용액 흡수액과 열교환시킨 후에 저온흡수기에 산포시켜 고온증발기에 공급되는 냉매를 가열시키므로 고온증발기에 공급되는 냉매를 효과적으로 승온시킬 수 있어 폐열원에서 공급되는 열에너지를 보다 높은 온도로 승온시켜 공급할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템이 도시된 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템이 도시된 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템은, 폐열원으로부터 열에너지를 흡수할 수 있도록 폐열원이 유입되는 폐열원공급라인(10)이 삽입되고, 냉매가 공급되는 저온냉매공급관(58)이 연결되는 저온증발기(30)와, 저온증발기(30)에서 폐열을 흡수하여 배출되는 냉매가 공급되고, 냉매가 팽창되면서 고온의 증기를 발생시키는 고온증발기(34)와, 고온증발기(34)와 제1엘리미네이터(92)로 연결되고, 고온증발기(34)에서 발생되는 고온의 증기가 공급되며, 플래시탱크(86)로부터 연결되는 온수주입관(80), 온수배출관(84) 및 고온흡수코일(82)이 설치되어 생산공정에 사용되는 온수를 제공하는 고온흡수기(36)와, 고온증발기(34)에 공급되는 냉매가 순환되도록 고온증발기(34)로부터 연장되는 고온냉매순환관(34a)이 삽입되어 순환코일을 이루며, 저온증발기(30)와 제2엘리미네이터(94)로 연결되는 저온흡수기(50)와, 저온증발기(30)를 통과하여 연장되는 폐열원공급라인(10)이 삽입되어 재생코일(14)을 이루고, 저온흡수기(50)에서 배출되는 흡수액이 산포되도록 희용액산포노즐부(54a)가 설치되는 재생기(54)와, 재생기(54)와 제3엘리미네이터(96)로 연결되고, 냉각수유입관(70), 냉각수배출관(74) 및 냉각수코일(72)이 설치되는 응축기(56)를 포함한다.
산업공정에서 발생되는 중저온의 폐열원이 폐열원공급라인(10)을 통해 저온증발기(30) 내부를 통과할 때에 저온냉매산포노즐부(30c)로부터 분사되는 저온의 냉매와 열교환되어 고온냉매로 승온되고, 승온된 고온 냉매는 저온냉매순환펌프(30b)의 작동에 의해 고온냉매공급관(30a)을 따라 고온냉매순환관(34a)에 공급된다.
이때, 저온증발기(30)에서 발생되는 증기는, 제2엘리미네이터(94)를 통과하여 저온흡수기(50)에 공급되어 고온증발기(34)와 저온흡수기(50) 사이를 순환하는 고온 냉매와 열교환된다.
본 실시예의 고온증발기(34)에서 배출되는 냉매를 저온흡수기(50)에 공급하여 순환시키는 고온냉매순환관(34a)에는 저온증발기(30)에서 배출되는 냉매를 공급하도록 고온냉매공급관(30a)이 연결되고, 고온냉매순환관(34a)에는 고온냉매순환펌프(34b)가 설치된다.
또한, 본 실시예의 고온흡수기(36)에서 배출되는 흡수액을 순환코일에 분사하도록 저온흡수기(50)에 중간용액산포노즐부(38a)가 설치되고, 고온흡수기(36)와 중간용액산포노즐부(38a) 사이에는 고온용액열교환기(38)가 설치된다.
따라서 고온증발기(34) 측으로 공급되는 냉매는, 고온냉매순환관(34a)에서 고온냉매순환펌프(34b)의 작동에 의해 저온흡수기(50) 내부로 공급되고, 저온흡수기(50) 내부를 통과하는 냉매는 순환코일을 통과하면서 저온증발기(30)로부터 공급되는 고온의 증기와 열교환되고, 중간용액산포노즐부(38a)에 의해 고온흡수기(36)에서 배출되는 흡수액과 열교환되면서 승온된다.
고온증발기(34)와 저온흡수기(50) 사이에 설치되는 고온냉매순환관(34a)을 따라 냉매가 순환되면서 저온증발기(30)에서 공급되는 증기 및 고온흡수기(36)에서 제공되는 흡수액과 열교환되면서 승온되어 고온흡수코일(82)로 공급되는 물에 열에너지를 공급하여 폐열원과 비교하여 현저하게 높은 고온의 온수를 제공할 수 있게 된다.
고온흡수기(36)에서 배출되는 냉매는 고온용액열교환기(38)를 통과하면서 재생기(54)에서 배출되는 흡수액과 열교환된 후에 저온흡수기(50)에 공급되므로 재생코일(14)에서 회수되는 폐열원을 이용하여 고온흡수기(36)로부터 배출되는 냉매를 가열하게 된다.
본 실시예는 저온흡수기(50)에서 배출되는 흡수액을 재생코일(14)에 분사하도록 재생기(54)에 희용액산포노즐부(54a)가 설치되고, 희용액산포노즐부(54a)와 저온흡수기(50) 사이에 저온용액열교환기(52)가 설치된다.
따라서 저온흡수기(50)에서 배출되는 흡수액은 저온용액열교환기(52)를 통과하면서 재생기(54)에서 배출되는 흡수액과 열교환된 후에 재생기(54)에 공급되므로 재생코일(14)에서 회수되는 폐열원을 이용하여 저온흡수기(50)로부터 배출되는 흡수액을 가열하여 농도를 높이면서 농용액을 이루게 된다.
또한, 본 실시예는, 재생기(54)로부터 배출되는 흡수액을 고온흡수코일(82)에 분사하도록 재생기(54)에는 농용액배출관(76)이 설치되고, 농용액배출관(76)에는 용액펌프(76a)가 설치되며, 농용액배출관(76)은 저온용액열교환기(52) 및 고온용액열교환기(38)를 통과하여 고온흡수기(36)에 삽입되어 농용액산포노즐부(79a)와 연결되고, 저온용액열교환기(52) 내부에서 굴곡되어 희용액코일(78)을 이루며, 고온용액열교환기(38) 내부에서 굴곡되어 중간용액코일(79)을 이룬다.
따라서 재생기(54)에서 재생코일(14)과 접촉되면서 승온되는 흡수액은 용액펌프(76a)의 작동에 의해 농용액배출관(76)을 따라 저온용액열교환기(52) 및 고온용액열교환기(38)를 거쳐 고온흡수기(36)로 공급되고, 농용액산포노즐부(79a)를 통해 고온흡수코일(82)에 산포되어 생산공정에 사용되는 용수를 승온시키게 된다.
또한, 본 실시예는, 재생기(54)에서 공급되는 증기가 제3엘리미네이터(96)를 통과하여 응축기(56)에 공급되고, 응축기(56) 내부에서 냉각수코일(72)과 접촉되어 응축되는 냉매가 저온증발기(30)에 공급될 수 있도록 저온냉매공급관(58)에는 냉매펌프(58a)가 설치되고, 저온증발기(30)를 통과하며 저온증발코일(12)과 접촉되어 폐열을 흡수한 냉매가 고온증발기(34)에 공급되도록 고온냉매공급관(30a)에는 저온냉매순환펌프(30b)가 설치된다.
따라서 재생기(54)에서 발생되는 증기는 제3엘이미네이터(96)를 통해 응축기(56)에 공급되고, 냉각수코일(72)과 접촉되어 저온 냉매로 냉각된 후에 냉매펌프(58a)의 작동에 의해 저온냉매공급관(58)을 따라 저온증발기(30)에 공급되어 열교환을 행하게 된다.
이로써, 냉매 및 흡수액으로 이루어지는 작동유체를 가압하면서 공급하여 폐열원으로부터 회수되는 열에너지를 폐열원과 비교하여 큰 온도차로 승온시켜 공급할 수 있는 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템이 아닌 다른 제품에도 본 발명의 히트펌프 시스템이 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 폐열원공급라인 12 : 저온증발코일
14 : 재생코일 16 : 폐열원회수라인
30 : 저온증발기 30a : 고온냉매공급관
30b : 저온냉매순환펌프 30c : 저온냉매산포노즐부
34a : 고온냉매순환관 34b : 고온냉매순환펌프
36 : 고온흡수기 38 : 고온용액열교환기
38a : 중간용액산포노즐부 50 : 저온흡수기
52 : 저온용액열교환기 54 : 재생기
54a : 희용액산포노즐부 56 : 응축기
58 : 저온냉매공급관 58a : 냉매펌프
70 : 냉각수유입관 72 : 냉각수코일
74 : 냉각수배출관 76 : 농용액배출관
76a : 용액펌프 78 : 희용액코일
79 : 중간용액코일 79a : 농용액산포노즐부
80 : 온수주입관 82 : 고온흡수코일
84 : 온수배출관 86 : 플래시탱크
88 : 온수펌프 92 : 제1엘리미네이터
94 : 제2엘리미네이터 96 : 제3엘리미네이터

Claims (6)

  1. 폐열원으로부터 열에너지를 흡수할 수 있도록 폐열원이 유입되는 폐열원공급라인이 삽입되고, 냉매가 공급되는 저온냉매공급관이 연결되는 저온증발기;
    상기 저온증발기에서 폐열을 흡수하여 배출되는 냉매가 공급되고, 냉매가 팽창되면서 고온의 증기를 발생시키는 고온증발기;
    상기 고온증발기와 제1엘리미네이터로 연결되고, 상기 고온증발기에서 발생되는 고온의 증기가 공급되며, 플래시탱크로부터 연결되는 온수주입관, 온수배출관 및 고온흡수코일이 설치되어 생산공정에 사용되는 온수를 제공하는 고온흡수기;
    상기 고온증발기에 공급되는 냉매가 순환되도록 상기 고온증발기로부터 연장되는 고온냉매순환관이 삽입되어 순환코일을 이루며, 상기 저온증발기와 제2엘리미네이터로 연결되는 저온흡수기;
    상기 저온증발기를 통과하여 연장되는 상기 폐열원공급라인이 삽입되어 재생코일을 이루고, 상기 저온흡수기에서 배출되는 흡수액이 산포되도록 희용액산포노즐부가 설치되는 재생기; 및
    상기 재생기와 제3엘리미네이터로 연결되고, 냉각수유입관, 냉각수배출관 및 냉각수코일이 설치되는 응축기를 포함하고,
    상기 고온증발기에서 배출되는 냉매를 상기 저온흡수기에 공급하여 순환시키는 상기 고온냉매순환관에는 상기 저온증발기에서 배출되는 냉매를 공급하도록 고온냉매공급관이 연결되고, 상기 고온냉매순환관에는 고온냉매순환펌프가 설치되고,
    상기 고온흡수기에서 배출되는 흡수액을 상기 순환코일에 분사하도록 상기 저온흡수기에 중간용액산포노즐부가 설치되고, 상기 고온흡수기와 상기 중간용액산포노즐부 사이에는 고온용액열교환기가 설치되고,
    상기 저온흡수기에서 배출되는 흡수액을 상기 재생코일에 분사하도록 상기 재생기에 상기 희용액산포노즐부가 설치되고, 상기 희용액산포노즐부와 상기 저온흡수기 사이에 저온용액열교환기가 설치되고,
    상기 저온흡수기에서 배출되는 흡수액은 상기 저온용액열교환기를 통과하면서 상기 재생기에서 배출되는 흡수액과 열교환된 후에 상기 재생기에 공급되므로 상기 재생코일에서 회수되는 폐열원을 이용하여 상기 저온흡수기로부터 배출되는 흡수액을 가열하여 농도를 높이면서 농용액을 이루게 되고,
    상기 재생기로부터 배출되는 흡수액을 상기 고온흡수코일에 분사하도록 상기 재생기에는 농용액배출관이 설치되고, 상기 농용액배출관에는 용액펌프가 설치되며, 상기 농용액배출관은 상기 저온용액열교환기 및 상기 고온용액열교환기를 통과하여 상기 고온흡수기에 삽입되어 농용액산포노즐부와 연결되고, 상기 저온용액열교환기 내부에서 굴곡되어 희용액코일을 이루며, 상기 고온용액열교환기 내부에서 굴곡되어 중간용액코일을 이루고,
    상기 재생기에서 상기 재생코일과 접촉되면서 승온되는 흡수액은 상기 용액펌프의 작동에 의해 상기 농용액배출관을 따라 상기 저온용액열교환기 및 상기 고온용액열교환기를 거쳐 상기 고온흡수기로 공급되고, 상기 농용액산포노즐부를 통해 상기 고온흡수코일에 산포되어 생산공정에 사용되는 용수를 승온시키게 되고,
    중저온의 폐열원이 상기 폐열원공급라인을 통해 상기 저온증발기 내부를 통과할 때에 저온냉매산포노즐부로부터 분사되는 저온의 냉매와 열교환되어 고온냉매로 승온되고, 승온된 고온 냉매는 저온냉매순환펌프의 작동에 의해 상기 고온냉매공급관을 따라 상기 고온냉매순환관에 공급되고,
    상기 저온증발기에서 발생되는 증기는, 상기 제2엘리미네이터를 통과하여 상기 저온흡수기에 공급되어 상기 고온증발기와 상기 저온흡수기 사이를 순환하는 고온 냉매와 열교환되는 것을 특징으로 하는 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수코일과 접촉되어 응축되는 냉매가 상기 저온증발기에 공급될 수 있도록 상기 저온냉매공급관에는 냉매펌프가 설치되고, 상기 저온증발기를 통과하며 저온증발코일과 접촉되어 폐열을 흡수한 냉매가 상기 고온증발기에 공급되도록 상기 고온냉매공급관에는 저온냉매순환펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 획득을 위한 2종 2단 흡수식 히트펌프 시스템.
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